電光晶體材料包層光纖Bragg光柵及其傳感應(yīng)用的研究.pdf

1、本文提出了一種包層為電光晶體材料LiTaO3的新型光纖Bragg光柵，結(jié)合電光效應(yīng)、耦合模理論和同時(shí)測(cè)量原理等理論，分析了纖芯半徑和外加電場(chǎng)對(duì)光柵特性的影響并應(yīng)用該類型光柵設(shè)計(jì)了一種新型傳感器。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　1、研究了芯徑半徑大小和電場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)基模能量分布、布拉格波長(zhǎng)λB、反射率γ、群時(shí)延τ、二階色散D和三階色散β3的影響。研究結(jié)果表明：
　　（1）半徑恒定條件下，隨著電場(chǎng)強(qiáng)度的不斷增加，基模能量最大值也增加，有效模

2、場(chǎng)面積和光柵布拉格波長(zhǎng)不斷減小，反射譜、群時(shí)延和二階色散曲線都向短波長(zhǎng)方向移動(dòng)，期間伴隨著反射譜寬度、最大值和最小值的改變，并且布拉格波長(zhǎng)處的時(shí)延最大，二階色散最小。
　　（2）入射波長(zhǎng)恒定條件下，當(dāng)半徑增加時(shí)，反射譜、群時(shí)延和二階色散曲線移向高電場(chǎng)，當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度增加時(shí)，與反射譜、群時(shí)延和二階色散曲線對(duì)應(yīng)的半徑也增大。
　　（3）電場(chǎng)一定時(shí)，隨著半徑a的逐漸增大時(shí)延最大值向長(zhǎng)波長(zhǎng)移動(dòng)，即發(fā)生紅移，并且半徑對(duì)時(shí)延的影響程度與電場(chǎng)

3、強(qiáng)度的大小有關(guān)。
　?。?）當(dāng)波長(zhǎng)λ=1550nm，半徑為900nm，電場(chǎng)強(qiáng)度為53×107 v/m時(shí)，三階色散β3取得最大值。β3從最小值到最大值的過(guò)程中，電場(chǎng)強(qiáng)度改變了1×106 v/m，而半徑只改變了0.1nm，該結(jié)果說(shuō)明三階色散對(duì)電場(chǎng)不是很敏感，但是其對(duì)半徑極為敏感。
　　2、設(shè)計(jì)了一種包層為單軸電光晶體LiTaO3的新型光纖Bragg光柵傳感器。單個(gè)光纖Bragg光柵的一半包層被施加電場(chǎng)，另一半保持不變，應(yīng)用耦合模

4、理論、電光效應(yīng)原理和雙波長(zhǎng)法研究了有外加電場(chǎng)時(shí)的傳感性能。研究結(jié)果表明沒(méi)有電場(chǎng)的一半光柵的溫度靈敏度為14.31 pm/℃，與之對(duì)應(yīng)的布拉格波長(zhǎng)漂移只與溫度或者應(yīng)變有關(guān)；所加電場(chǎng)強(qiáng)度在0-400×107 v/m之間時(shí)，有電場(chǎng)的一半光柵的溫度靈敏度變化范圍為14.12-14.31 pm/℃，與之對(duì)應(yīng)的布拉格波長(zhǎng)漂移不僅與溫度或者應(yīng)變有關(guān)，還受到電場(chǎng)強(qiáng)度的影響。因此，應(yīng)用該傳感器可分辨出溫度、電場(chǎng)強(qiáng)度所引起的布拉格波長(zhǎng)漂移，從而實(shí)現(xiàn)了溫度-